Liputan6.com, Tokyo - Selama lebih dari enam dekade, para ilmuwan telah mengembangkan sel surya organik sebagai alternatif yang ringan dan fleksibel untuk panel silikon konvensional.
Dikutip dari Interesting Engineering, Rabu (4/11/2026), perangkat berbasis karbon ini berpotensi menjadi sumber daya untuk perangkat elektronik yang dapat dikenakan, permukaan melengkung, dan jendela surya.
Advertisement
Namun, perangkat tersebut telah lama kesulitan menandingi efisiensi silikon karena kehilangan terlalu banyak energi saat mengubah sinar matahari menjadi listrik.
Kini, para peneliti di Universitas Chiba, Jepang, telah menemukan cara untuk mengurangi salah satu kerugian tersebut tanpa mengorbankan arus listrik yang dihasilkan oleh sel-sel tersebut.
Tim tersebut menemukan batas termodinamika dalam pembangkitan arus foto dan mendapati bahwa penggunaan molekul donor yang lebih kaku dapat mengurangi kerugian tegangan radiatif. Pada beberapa perangkat, molekul-molekul ini menurunkan energi ikatan transfer muatan (CT) efektif menjadi 0,1 elektronvolt (eV) atau kurang, sehingga mendekatkan keadaan CT dengan energi muatan yang telah terpisah sepenuhnya dan membuat pemisahan muatan menjadi lebih efisien.
Para ilmuwan juga menemukan bahwa arus foto dapat dipertahankan ketika celah energi optik donor sangat sesuai dengan energi pembawa muatan bebas, yaitu energi yang diperlukan untuk menciptakan muatan yang terpisah sepenuhnya.
Dengan kata lain, bahan donor menyerap energi dari sinar matahari secukupnya untuk membebaskan muatan listrik tanpa membuang energi berlebih sebagai panas. Sel surya yang beroperasi mendekati batas termodinamika ini juga cenderung mencapai efisiensi konversi daya yang lebih tinggi.
Pemisahan Lapisan Donor dan Akseptor
"Dalam jangka panjang, perangkat semacam itu berpotensi membuat pemanfaatan energi surya menjadi lebih praktis dalam aplikasi yang ringan, fleksibel, dan memiliki keterbatasan ruang, yang sulit diatasi oleh modul silikon konvensional," tutur profesor di Center for Frontier Science Universitas Chiba Hirohiko Fukagawa, sekaligus penulis utama studi tersebut.
Walaupun sel surya organik yang dikembangkan di laboratorium kini telah mencapai efisiensi konversi daya lebih dari 20 persen, para peneliti terus mencari cara untuk mengurangi kerugian tegangan sambil tetap mempertahankan arus foto.
Untuk mengungkap hubungan ini, para peneliti membuat sel surya organik yang disederhanakan dengan lapisan donor dan akseptor yang terpisah. Lapisan donor menyerap cahaya tampak, sedangkan lapisan akseptor yang transparan memungkinkan sinar matahari menembusnya.
Mereka memadukan lima bahan donor, masing-masing dengan struktur molekul dan tingkat kekakuan yang berbeda, dengan 15 bahan akseptor yang memiliki afinitas elektron berkisar antara 2,0 hingga 3,1 eV.
Dengan menggunakan spektroskopi fotoelektron ultraviolet dan spektroskopi fotoelektron terbalik berenergi rendah, tim peneliti mengukur energi ionisasi donor dan afinitas elektron akseptor dalam keadaan padat. Metode-metode ini memungkinkan mereka menentukan tingkat energi bahan-bahan tersebut dalam kondisi yang lebih mirip dengan kondisi di dalam sel surya yang sedang beroperasi.
Para peneliti mengingatkan bahwa energi ikatan CT saja tidak menentukan kinerja. Kinerja tersebut juga dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti sejauh mana muatan terbesar di seluruh molekul, bagaimana molekul donor dan akseptor tersusun, serta lingkungan elektrostatik di antarmuka keduanya. Mereka mengatakan bahwa temuan mereka memberikan pedoman desain baru untuk mengembangkan sel surya organik yang lebih efisien.